分子影像探针早期诊断肝纤维化研究进展

王 璐，辛 军

(中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004)

肝纤维化是慢性肝病发展为肝硬化的必经过程[1]，其发生发展与肝星形细胞激活及细胞外基质合成与降解失衡相关。早期肝纤维化具有可逆性及可治愈性[2]，故早期诊断肝纤维化并判断其程度具有重要意义。穿刺活检为早期诊断肝纤维化的金标准，但有创，且无法反映肝脏整体改变。肝脏超声弹性成像及MR弹性成像诊断肝纤维化敏感度及特异度均较高[3]，但均为间接诊断方式，且易受感染、脂肪变性、胆汁淤积等多种外界因素干扰而影响准确性[4-6]。目前有机结合CT、MRI、PET等多种成像模式，形成兼具双模态成像乃至三模态成像已成为医学领域研究前沿，分子探针作为肝纤维化多模态成像核心技术受到广泛关注。

1 MRI分子探针

相比传统MRI，MRI分子探针以无创、可视化方式反映肝纤维化过程中分子水平改变，对肝纤维化进行精准定量评价，有利于早期及特异性诊断肝纤维化。

1.1 EP-3533 作为细胞外基质主要组成部分，Ⅰ型胶原蛋白含量与肝纤维化程度呈正相关[7]。EP-3533是特异性Ⅰ型胶原蛋白靶向钆基的探针，由十六氨基酸肽经二硫键与十氨酸环肽结合而成，其中负责同Ⅰ型胶原蛋白特异性结合的部分为十氨酸环肽[8]。POLASEK等[9]利用二乙基亚硝胺(diethylinitrosamine, DEN)和CCl4诱导2种肝纤维化模型，行EP-3533 PET显像后发现处理组(0.55±0.33)与对照组(0.39±0.04)T1信号强度差异显著(P<0.05)；进一步分析EP-3533靶向探针的体循环清除率，与正常组或非特异性显像剂Gd-DTPA相比，EP-3533在肝纤维化模型小鼠体内洗出时间显著延长。FUCHS等[10]以CCl4诱导不同阶段肝纤维化模型，以肝脏与相邻骨肌对比度噪声比(ΔCNR)为量化指标，与肝组织活检Ishak评分及羟脯氨酸含量进行分级比较，结果显示ΔCNR与Ishak分期及羟脯氨酸具有良好相关性(r=0.83、r=0.89)，证实EP-3533分子成像有助于评估肝纤维化分期。

1.2 CM-101 CM-101与EP-3533的胶原蛋白靶向结合机制相同，差异主要在于螯合剂，前者使用较稳定的环形钆螯合剂Gd-DOTA，后者使用的线性钆螯合剂Gd-DTPA稳定性不高，易在肾脏、骨组织滞留，对肾功能不全患者潜在风险较高，致其临床应用受限。相比而言，CM-101药代动力学更加稳定，其血液半衰期[(6.8±2.4)min]较EP-3533血液半衰期[(19±2)min]短，骨组织吸收沉积量较EP-3533低[11]。肝纤维化进展中，CM-101对Ⅰ型胶原蛋白含量变化较敏感，其ΔCNR值与羟脯氨酸水平及Ishak评分呈高度正相关。FARRAR等[11]通过ROC曲线测定CM-101注射后最佳显像时间为10～15 min，意味着单次检查即可同时完成MR基线扫描及强化扫描，初步解决了MRI分子成像的难题之一，即靶向药物分布及血浆清除时间较长，使基线扫描与强化扫描不得不分割开来，导致患者依从性及扫描单位漂移等问题。CM-101用于诊断、评估肝纤维化优势明显，临床应用前景十分可观。

1.3 RGD-USPIO 肝星状细胞(hepatic stellate cell, HSC)是细胞外基质的主要来源[12]。整合素αvβ3于活化HSC(aHSC)上表达，调控其凋亡和增殖[13-14]。人工合成的RGD三肽序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)可与整合素αvβ3靶向结合。ZHANG等[8]基于此受体-配体识别系统，以超小顺磁性氧化铁纳米颗粒修饰RGD序列(RGD-USPIO)合成分子探针作为MR T2对比剂，探索注射对比剂前后MRI数据与大鼠肝脏病理结果之间的相关性，发现RGD-USPIO在纤维化肝组织中与aHSC结合，使肝组织MRI T2信号强度发生改变，以T2弛豫率变化(ΔR2*)作为信号强度量化指标，其在不同肝纤维化分期之间差异具有统计学意义，证实RGD-USPIO可用于肝纤维化分期。但肝纤维化常与肝脏炎性反应伴行，导致肝实质中较多的巨噬细胞浸润，RGD-USPIO被aHSC吞噬的同时也有机会被巨噬细胞非特异性吞噬，可能干扰成像结果。另外，整合素αvβ3在肿瘤新生血管中也有所表达，部分原发性肝癌与进展期肝纤维化关系密切，故对该显像剂诊断肝纤维化的特异性仍需进一步评估。

2 PET/SPECT分子探针

核医学成像可自分子水平获取探针同靶点结合后的代谢变化等信息，成为肝纤维化诊断及预后评价的重要工具；特异性分子探针作为该技术的核心受到广泛关注。

2.118F-FPP-RGD2以放射性标记环状RGD肽(cRGD)对αvβ3进行成像已得到广泛认可，并正在向临床应用转化[15-18]。LI等[15]利用放射性核素99mTc标记cRGD观察小鼠模型生物学分布及活体SPECT显像，以肝脏摄取量/心脏摄取量作为参数定量评估肝纤维化程度，由于该探针主要通过肾脏及肝胆途径排泄，尤其右肾与肝脏在成像层面中存在部分重叠，使肾内浓聚放射性药物易干扰肝脏显像。相比SPECT成像，PET成像的灵敏度、分辨率更高。ROKUGAWA等[16]以RDG小分子量三肽作为靶向分子，以F-4-硝基苯基-2-氟代(18F-FPP-RGD2)作为显像组件构建整合素αvβ3特异性分子探针，以第80～90 min肝脏摄取值(SUV80～90 min)作为肝脏摄取18F-FPP-RGD2半定量评价指标，发现肝脏18F-FPP-RGD2摄取值与胶原蛋白比例面积成正相关，与αv蛋白和β3蛋白表达量的相关性良好，尤以β3蛋白为著(rαv=0.593，rβ3=0.835)，证实以RGD分子探针诊断肝纤维化有一定可行性。

2.218F-BCPP-BF 非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)现已成为经济发达地区慢性肝病主要病因之一，目前其发病机制尚不清楚，但已知线粒体损伤是NAFLD从单纯性脂肪肝向肝炎甚至肝纤维化发展的重要分子机制[19]。

HARADA等[20]设计并合成对线粒体复合物(MC-1)具有高亲和力的新型探针，即18F-BCPP-BF。 SAKAI等[21]利用18F-BCPP-BF显像首次实现肝脏组织从脂肪变性到肝脏脂肪变性伴炎症性病变(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)过程中线粒体功能减退的可视化，以平均标准摄取值(mean standardized uptake value, SUVmean)作为观测指标，量化胆碱缺乏性左旋氨基酸高脂饮食(choline deficient L-amino acid high-fat diet, CDAHFD)诱导的NAFLD小鼠与健康小鼠PET显像差异，发现经CDAHFD处理1周后肝组织对18F-BCPP-BF的摄取量下降到对照组摄取量的70%, 6～12周后处理组摄取量基本稳定在对照组摄取量的50%；18F-BCPP-BF在NAFLD模型小鼠肝脏内SUVmean下降程度与NAFLD评分呈正相关(R2=0.674 7)，提示18F-BCPP-BF PET成像有望用于早期诊断NAFLD、疾病分期及进展随访。

2.318F-FEDAC 线粒体外膜18 kDa转运蛋白(transport protein, TSPO)是多种炎症疾病标志物[22]。作为TSPO的靶向分子探针，18F-FEDAC在肺炎、酒精性脂肪肝等疾病中的应用研究业已开展[23-25]。HATORI等[26]证实TSPO在aHSC及巨噬细胞中均有表达，该研究结合PET扫描、免疫组织化学染色及离体放射自显影技术，追踪肝纤维化进过程中18F-FEDAC的放射性分布与TSPO荧光分布范围的关系，发现18F-FEDAC摄取值与肝脏损伤程度呈正比。另一方面，肝纤维化常在肝炎基础上发生，炎症细胞表面TSPO高表达，仅以PET显像难以区分放射性信号来源，用于临床诊断肝纤维化受限。

3 双模态分子成像

多模态成像集解剖显像、分子代谢及功能信息于一身，实现各成像技术的优势互补，将影像学诊断提高到细胞特异表达的分子水平，有望为诊断、治疗肝纤维化及预后随访提供新策略。

3.1 PET/CT PET/CT是临床医学影像学中较为成熟的分子影像技术。NAMAVARI等[27]以18F-FDG作为辅基，利用开环18F-FDG上的醛基与氨氧基化多肽分子偶联，实现一步反应合成18F-FDG-RGD，该探针诊断肝纤维化特异性高，同时可评估肝纤维化进程[18]。13N-NH3·H2O PET/CT通过评估肝组织细胞的血流扩散、灌注以及细胞膜水通道蛋白转运的动态分布，可特异性反映肝脏生理、病理状态，但仅以13N-NH3·H2O PET/CT显像的SUV无法实现肝纤维化精准分期[28]。水通道蛋白(aquaporin, AQP)是介导水分子的跨膜转运的通道蛋白，其中AQP1主要表达于血管内皮细胞，参与肝纤维化新生血管形成，随着肝纤维化程度加重，其表达量增加。作为AQP1的分子探针，11C-AQP在纤维化模型鼠与健康对照组鼠肝内浓聚差异显著，但不同肝纤维化分期组间摄取值差异无统计学意义[29-30]。PET/CT作为多模态成像的代表，利用医学图像融合技术对病灶信息进行充分处理，可为诊断疾病提供更有力的证据。

3.2 PET/MRI 相比PET/CT，PET/MRI的辐射剂量大大降低，且可多序列、多角度对肝脏及其深部组织进行定量分析及精准定位，在肝脏肿瘤诊断、治疗及预后方面取得进展，但针对肝纤维化的研究尚未广泛开展。PET/MRI对诊断肝脏恶性肿瘤及评估肿瘤转移的准确率及敏感度均高于PET/CT[31]，结合DWI序列成像能够获取更多信息，KONG等[32]发现PET/MRI的SUVmean与表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)呈负相关；STEIN等[33]发现峰值标准摄取值(peak standardized uptake value, SUVpeak)与ADC的变异系数(ADCCV)呈负相关；二者结合能更深入了解肿瘤的异质性。目前PET/MRI研究尚处于初级阶段，显像剂多以18F-FDG为主，研发双功能、高靶向性分子探针必将成为未来显像剂发展方向。

4 小结与展望

探索肝纤维化中心环节的生物分子，设计、合成及修饰相应的分子探针是目前研究的主要方向。目前肝纤维化分子探针的靶点主要聚焦于活化HSC上的整合素αvβ3、Ⅰ型胶原蛋白等细胞外基质及肝细胞内水通道蛋白、线粒体等。相比细胞内靶点，αvβ3、Ⅰ型胶原蛋白位于细胞外基质，该靶点的分子探针RGD-USPIO、18F-FPP-RGD2及EP-3533、CM101更易进入靶分子分布空间，更便于识别靶点并与之结合，在早期诊断肝纤维化方面较其他类型探针更具优势。

目前对于肝纤维化分子探针研发、新探针使用剂量及安全性等诸多问题仍需更多探索，未来十年将有更多适用于肝纤维化成像的探针陆续面世。分子探针技术的不断成熟将推进双模态乃至多模态影像技术在肝纤维化的诊断、分级、定量及治疗监测等方面的发展，有望解决各设备单独成像后图像配准及患者依从性等问题，为筛查、纵向监测肝纤维化及评估疗效等提供更精准的信息。